프레이질 얼음

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Frazil ice는 과냉각 난류수에서 형성된 느슨하고 무작위적인 방향의 플레이트 또는 디스코이드 얼음 결정체의 집합체다.^[1] 겨울 동안 북위도에 위치한 강과 호수에서 형성되며, 보통 공기와 물의 열 교환이 있는 곳과 물의 개방된 수역에서 형성되어 수온이 빙점 아래로 떨어질 수 있다(일반적으로 강에서는 -0.1°C 이하가 아님). 경험에 비추어 볼 때, 이러한 조건은 공기 온도가 -6 °C(21 °F) 미만인 춥고 맑은 밤에 발생할 수 있다. Frazil ice는 또한 바다에서도 형성되는데, 그 곳에서 그것은 종종 표면에 떠 있을 때 그리스 얼음이라고 불린다.

프레이질 얼음은 결정체가 축적돼 취수대 쓰레기통에 쌓이면서 수분 섭취를 막는 것으로 악명이 높다. 이 같은 막힘은 급수시설, 수력발전소, 원자력발전소, 차가운 물을 항해하는 선박 등에 부정적인 영향을 미치고, 예상치 못한 시설 폐쇄나 심지어 쓰레기통 붕괴로 이어질 수 있다.

포메이션

수면에 열이 빠르게 빠지기 시작하면 수심이 과냉각된다. 강풍에 의해 발생하거나 강에서 흘러 나오는 난류는 그 전체 깊이에 걸쳐 과냉각수를 섞을 것이다. 과냉각된 물은 이미 작은 얼음 결정체(브라질 얼음)의 형성을 촉진시키고 그 결정체들은 수역 바닥으로 가져갈 것이다. 얼음은 일반적으로 떠다니지만, 현재 속도에 비해 프레이질 얼음의 크기가 작기 때문에 부력이 약해 바닥까지 쉽게 운반할 수 있다.

2차 핵이라고 불리는 과정을 통해 결정의 수는 빠르게 증가하며, 그 주변이 과냉각되기 때문에 결정들은 계속 자랄 것이다. 때때로, 그 농도는 세제곱 미터 당 백만 개의 얼음 결정체에 이를 것으로 추정된다.

결정의 수와 크기가 커짐에 따라, 특히 물체 자체가 물의 빙점 이하의 온도일 경우, 프레이질 얼음이 물속에 있는 물체에 달라붙기 시작할 것이다. 프레이질 얼음이 쌓이면 홍수가 나거나 쓰레기 더미 같은 물체가 파손되는 경우가 많다. 프레이질 얼음은 수면 아래에서 발견되기 때문에 그 형성을 감지하기 어렵다.

보통 일어나는 일은 프레이질 얼음이 물체의 상류 쪽에 축적되어 그 위에 달라붙는 것이다. 더 많은 양의 얼음이 쌓이면 더 많은 양의 얼음이 축적된다. 그 성장은 상류로 확장될 것이고, 프레이질 빙하가 함께 교교하고 물을 막는 지점까지 폭은 증가할 것이다. 이 블록을 거슬러 점점 더 많은 물이 흐를수록 상류 쪽의 압력이 증가하여 차압(상류 쪽과 하류 쪽의 압력 차이)을 일으킨다. 이로 인해 다리의 성장이 하류로 확장될 것이다. 일단 이런 일이 일어나면 달리 예방하지 않는 한 홍수와 피해가 발생할 가능성이 높다.

급속한 압력 손실로 인해 물이 빠르게 내리막과 슈퍼쿨로 흐르면서 온대 빙하(또는 "따뜻한" 빙하 아래에서도 프레이질 얼음이 형성되는 것으로 입증되었다. 이 "글래시오수화물 과냉각" 과정은 빙하와 빙하 아래로 흐르는 퇴적물에서 실트를 효과적으로 가둘 수 있는 평평한 얼음 결정의 열린 네트워크를 형성한다. 이후 동결 및 재분할은 빙하의 기초에 침전물이 풍부한 얼음 층을 만들 수 있으며, 종단부에서 녹으면 침전물이 많이 축적될 수 있다. 이러한 현상은 여러 빙하의 기저 얼음(젊은 얼음을 나타냄)에서 핵무기 실험에 의해 생성되어 1945년 이전에 동결된 얼음에서 거의 완전히 존재하지 않는 삼중수소의 농도 상승에 의해 확인되었고 빙하 종단부의 방류 환기구 주변에서 얼음 결정의 급속한 성장을 관찰했다.

컨트롤

프레이질 얼음의 증가를 조절하는 몇 가지 방법이 있다. 여기에는 억제, 기계적 제어, 열 제어, 진동, 재료 선택 및 손상 완화 등이 포함된다.

억제

프레이질 얼음은 표면의 물이 위의 차가운 공기로 열을 잃기 때문에 발생하는 과냉각수에서 형성된다. 억제란 표면의 물을 온전하고 안정된 얼음 덮개로 '단열'하는 생각이다. 얼음 덮개는 열 손실을 방지하고 이미 형성되었을지도 모르는 과냉각수를 따뜻하게 할 것이다. 이 방법이 효과가 있으려면 충분한 면적을 커버해야 하지만, "충분히" 무엇을 의미하는지 여전히 알 수 없다. 세인트로렌스 강은 프레이질 얼음과 그에 따른 얼음 걸림 현상을 예방하기 위해 "안정적인 얼음 덮개 형성에 도움이 되는 흐름 조건"을 만드는 데 분명히 관리되고 있다.^[5]

기계제어

이러한 방법에는 보와 빙붕을 구현하는 것과 같이 물의 흐름을 제한하지 않고 얼음을 안정화시키는 것, 발생할 수 있는 축적을 분해하기 위해 워터젯을 설치하는 것, 그리고 축적을 긁어내기 위해 수동 노동력을 사용하는 것 등이 포함된다. 이 최종 방법은 높은 노동비용, 추위, 습기, 늦은 밤 노동 조건 때문에 선호되지 않는 경우가 많다. 백 플러싱(back flushing)은 프레이질 얼음 축적에 의해 발생하는 차압을 상쇄하는 아이디어를 이용한 또 다른 기술이다. 이 기술은 차압을 역전시키기 위해 물체의 하류 쪽에 고압력을 발생시킨다.

열제어

이 방법들은 프레이질 얼음 접착을 막기 위해 물 속의 구조물을 가열하거나, 애초에 프레이질 얼음이 형성되는 것을 막기 위해 물을 가열한다. 구조물을 가열할 때는 반드시 동결 이상의 온도로 가열해야 한다. 전기 저항 히터가 잘 작동하는 것으로 밝혀졌지만, 이것들은 잠재적인 안전 문제를 가지고 있다. 증기나 온수를 펌핑하는 구조물에 중공관을 설치하는 것도 효과가 있지만, 이 방법은 운영상 문제를 일으키는 것으로 나타났다.^{[further explanation needed]} 다른 활성 방법들도 이용할 수 있다. 때로는 인근 수도시설에서 온수 부산물이 배출돼 온수가 낭비되기도 한다. 이 물을 잠재적 프레이질 얼음 축적 영역으로 리디렉션하면 수온이 0.1–0.2°C(0.18–0.36°F) 상승할 수 있으며, 과냉각수의 발달을 방지하기에 충분할 수 있다.

진동

아직 실험 단계에 있지만 다이너마이트로 폭파하는 것은 어떤 광선 얼음 축적을 깨뜨리는 진동 제어의 한 형태다. 전하가 정확해야 얼음이 깨지지만 주변 구조물과 환경이 훼손되지 않는다. 폭발의 안전도 중요하고 인근 주민들은 소음 공해에 대해 불평할 수도 있다. 이러한 모든 이유로, 이 방법은 긴급한 최후의 수단으로 사용되는 것을 제외하고는 자주 사용되지 않는다.

재료선택

인간이 만든 구조물은 종종 프레이질 얼음이 달라붙는 물체들이다. 따라서 이러한 구조물에 대한 재료 선택에는 얼음 접착에 대한 고려가 포함되어야 한다. 예를 들어 강철 구조물은 녹이 슬 것이고, 녹과 얼음 사이의 접착력은 매우 강하다. 플라스틱, 섬유유리, 흑연, 심지어 강철에 에폭시 페인트 코팅과 같이 접착력이 낮은 재료를 선택하는 것은 접착 확률을 낮출 것이다. 접착은 여전히 발생하지만, 그러한 재료를 사용하면 긁는 것과 같은 다른 방법을 쉽게 만들 수 있다.

손상 완화

기계적 구조물로 지정된 홍수 지역을 보호함으로써 피해를 줄일 수 있다.

참고 항목

• 그리스아이스

참조

• 달리, 스티븐 F. 냉간 지역 기술 다이제스트 91-1번 "입구 휴지통의 브라질 얼음 막힘" 1991년 3월. https://web.archive.org/web/20120417211939/http:///www.crrel.usace.army.mil/library/technicaldigests/CRTD91_01.pdf
• 로슨, D. E., 스트래서, J. C., 에벤슨, E. B., 앨리, R. B., 라슨, G. J., 그리고 1998년 S. A. A. A., 글래시오하이드라울릭 과냉각: 층화되고 파편이 많은 기저 얼음을 만드는 메커니즘: I. 현장 증거: 제44호, 제148호, 페이지 547–562호.

외부 링크

무료 사전인 위키트리노에서 frazil을 찾아봐.

• 비디오, 요세미티 네이처 노트 9편: 프레이질 아이스